Phát hiện cơ chế quang hợp giúp đáp ứng nhu cầu lương thực thế giới

Quang hợp được coi là nền tảng của sự sống trên trái đất, cung cấp nguồn thức ăn, oxy, năng lượng duy trì sinh quyển và văn minh nhân loại. Trong đó, phức hợp protein cytochrome b6f có ảnh hưởng lớn tới khả năng sinh trưởng bằng quang hợp của thực vật.

Hình minh họa. Nguồn: © Korn V. / Adobe Stock

Sử dụng mô hình cấu trúc có độ phân giải cao, nhóm nghiên cứu phát hiện phức hợp protein trên cung cấp liên kết điện giữa hai protein diệp lục (sắc tố quang I và II) trong lục lạp tế bào thực vật có tác dụng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành hóa năng.

Theo nhà nghiên cứu Lorna Malone (Đại học Sheffield), nghiên cứu đã cung cấp những hiểu biết mới quan trọng về cơ chế cytochrom b6f sử dụng dòng điện đi qua nó để cung cấp năng lượng cho một "pin proton". Năng lượng được lưu trữ này sau đó có thể được sử dụng để tạo ATP - đồng tiền năng lượng của các tế bào sống. Cuối cùng, phản ứng này cung cấp năng lượng mà thực vật cần để biến cacbon dioxit (CO₂) thành carbohydrat và sinh khối giúp duy trì chuỗi thức ăn toàn cầu.

Mô hình cấu trúc có độ phân giải cao được tạo lập bằng bằng kính hiển vi electron siêu hàn (cryo-electron microscopy), cho thấy cytochrom b6f đóng vai trò như một cảm biến nhằm điều chỉnh hiệu quả quang hợp trong điều kiện môi trường luôn thay đổi. Cơ chế phản ứng này bảo vệ cây khỏi bị hư hại trong quá trình tiếp xúc với các điều kiện khắc nghiệt như hạn hán hoặc phơi sáng quá mức.

Phát hiện mới được kỳ vọng ứng dụng vào việc điều chỉnh quá trình quang hợp của các cây lương thực, giúp tăng năng suất và đáp ứng nhu cầu dân số thế giới dự kiến sẽ tăng lên 9-10 tỉ người vào năm 2020.

Công Nhất